JP4374725B2

JP4374725B2 - Communication method and communication station

Info

Publication number: JP4374725B2
Application number: JP2000135712A
Authority: JP
Inventors: 善規渡辺; 裕土居; 広和小林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2020-05-09
Also published as: US20050002373A1; US6791996B1; JP2001160813A; US7457306B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル情報伝送に用いる無線によるデータ交換ネットワークに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線通信技術を用いたデータ通信システムの一つとしてＩＥＥＥ８０２．１１に採用されているアクセス方式がある。この規格本文はＩＥＥＥより入手可能である。ここでは、図１を用いて、この無線ネットワークの概要を説明する。この方式によれば、まず、図１における制御局１（アクセスポイント）は活性になった時点で、制御局のみが送信するビーコンと呼ぶ一定周期の制御信号の送信を開始しチャネルを活性化させる。通信局２，３，４，５及び６は、この制御局の制御の基にパケットによりデータの送受信を行う局である。通信局はビーコンを受信することにより、その受信チャネルが活性であることを確認し、そのチャネルを使用して制御局に対してその制御に属することを確認する加入登録手順をとる。これにより通信局は該チャネルにおけるパケット伝送通信に参加することが可能となる。
【０００３】
通信するデータには一般に到着遅延及びジッタに対する要求が厳しくない非同期データ（通常のコンピュータデータ等）と、遅延及びジッタに厳しい同期データ（ビデオ伝送等）を想定しており、例えば局２、３、４、５は両方のデータ通信を、局６は非同期データのみを扱うものとする。
【０００４】
通常の競合通信について説明する。競合通信を行おうとする通信局はチャネルのキャリアを予め決められた一定期間（ＤＩＦＳ）の間観察（センス）し、キャリアが存在しない（つまり伝走路が空いている）場合、ただちにパケットを送信する（キャリアセンスマルチプルアクセス：ＣＳＭＡ）。
【０００５】
キャリアがある（伝走路がビジー）場合は、ＤＩＦＳ時間待ち、更に他の送信待ち局との競合を避けるためランダム時間追加待ちを行った後送信を行う。この方法は、送信の衝突回避を保証できないが可能性を低くしている（コリージョンアボイダンス：ＣＡ）。有線通信のイーサーネットでは、衝突を送信局が検出（コリジョンディテクション：ＣＤ）できるが、無線の場合、送信出力で受信信号が消されてしまうため不可能である。
【０００６】
このため送信局は伝走路での衝突を検出できないため、受信局は送信局からのパケットを受信したら直ちにパケット到着に対する応答（アクノレッジ）を返送する。これにより送信局は送信パケットの宛先局への到着を確認し、アクノレッジが返らない場合、衝突（または伝送誤り）が発生したと見做し再送を行う。
【０００７】
以上が競合通信で使用するアクセス方式であるＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）の説明であるが、原理的に伝走路を複数の局が奪いあう方式のため、パケットの伝送時間にバラツキ（ジッタ）が発生し、相手通信局へのパケットの到着時間を正確に指定できない方式である。
【０００８】
次にIEEE８０２．１１では、オプションとして規定されている非競合通信について説明する。非競合通信は、制御局からのビーコンの送信タイミングによって規定されるある特定の時間帯の間（非競合通信期間）、通信局は競合通信を停止し、制御局が通信局をポーリングすることにより通信局の送信権が決定する通信方式である。このためこの間通信局間の送信衝突は起こらない。
【０００９】
よって定期的に送信されるような通信を必要とする、つまりジッタに敏感なＡＶ通信（特に放送等）に適している。通信局は加入登録手順において、非競合通信を行うか否かを制御局に対して宣言する。
【００１０】
この情報から制御局はポーリング可能な通信局のリスト（ポーリングリスト）を作成し、非競合通信期間でポーリングリストに載せられている通信局を順次ポーリングして行く。通信局２が通信局３に同期通信を行う場合、制御局１からのポーリング時に通信局３宛ての同期通信データパケットを送信する。
【００１１】
このパケットは制御局が保有し、通信局３に対するポーリングの際に該データパケットを付加して通信局３に送信する。この様に非競合通信機関は制御局の管理下で通信を行うことにより、競合が発生しない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
非競合通信期間の制御局のポーリングによる通信は、宛先通信局が送信データを直接受信できる場合でも必ず制御局が中継して伝送する必要があり、通信局間の直接通信に比べて１／２に伝送効率が低減するという課題がある。
【００１３】
そして非競合通信期間の制御局のポーリングによる通信は、そのタイミングが該通信局がポーリングされる前に、他の通信局へのポーリングにより送信するデータ量及びポーリング時に付随して送信されるデータ量に依存していて、その条件によってはジッタを発生してしまうという課題もある。
【００１４】
また、ＡＶ通信の様に伝送容量の大きく接続時間の長い同期通信の場合、帯域を非常に圧迫するので、複数の通信局間の送受信を行おうとすると帯域不足を起こしがちである。
【００１５】
しかし一般的な無線通信の場合、通信局の位置関係もしくは遮蔽物などの電波の伝播環境によっては、何らかの制御（例えば電力制御）をすることにより同一タイミングに複数送受信通信局間での同時通信が可能な場合も有る。しかし上記非競合通信の方式はこのことが考慮されていない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、制御局は非競合通信期間内に新たに時間窓と呼ぶポーリングを行わない期間を設け、この間に同期通信を行う送受信通信局間に直接通信させるように制御する。そのためこれに先立ち、通信局は制御局の該チャネルの制御下となるための加入登録手順の後に呼接続手順なる手順を行い、通信局に前記時間窓の使用権限を与える手段を設ける。
【００１７】
さらに呼接続手順にテストパケットの送信を行わせる手順を加えて、受信通信局への直接通信の可否を判断させる手段を設け、可能な場合は前記時間窓内では制御局を介さずに直接受信通信局への通信を行わせることにより、従来の課題であった直接通信に比べて１／２に伝送効率が低減することを解消する。
【００１８】
また複数呼に同一の時間窓の使用を可能にするために、各通信局は無線受信レベル判定手段と無線誤り率測定手段等から得られる無線受信状態情報を得る手段、無線送信レベル制御手段及び、テストパケット及びそのテスト応答パケットに各通信局が前回の受信で無線受信レベル判定手段や誤り率などを通知するために受信状態情報部を設け、通信に先立って行われるテストパケット及びそのテスト応答パケットの送受信をする際、通信局間の通信品質は自分のもしくは相手の無線受信状態を監視して、ある閾値を超えない程度に、無線送信レベル制御手段を使用して送信レベルを下げることによりその二通信局以外の局への電波の波及を抑える手法を採る。これにより同じ時間窓を使用する他の通信局が同じ時間窓での同期通信が可能になる確率を高めている。
【００１９】
また別の方法として、指向性アンテナを用いることで他の通信局が同時に送信していても電波到来方向の差異が有る場合には、非常に高い確率で正常に受信できる。この方法では、先の無線レベル制御手段との組み合わせにより、指向性アンテナを用いない場合に比べると、無線受信レベルが更に低い場合でも、誤り率を高めることなく受信できるため、さらなる同時通信の確率を高めることができる。
【００２０】
一方この手法を用いることにより別の問題も発生する。それはテストパケットで送信時に確定した無線送信レベルの制御や、指向性アンテナの制御状態は、例えば通信局が移動する場合には最適な状態を維持できない。この場合に対処するために、本発明では不適切な制御法で時間窓での通信が不通となる場合には、テストパケットの送信をやり直す手法を採る。これにより移動した場合でも、動的に異常を検出して適切な制御状態を保つことが可能となる。
【００２１】
さらに制御パラメタが前回のものとほとんど同じ場合には、通信局の移動は発生していないのであり、該通信局での同じ時間窓での制御が不可能な状態と結論付けられる。そこで本発明では制御局に対して時間窓の変更を求める時間窓変更要求パケットを送信する。制御局は該時間窓で通信している呼を呼テーブルによって管理することができるので、現在の呼群の接続状態から、同時通信不能である組み合わせを排除し、それぞれの呼を別の時間窓に移すことでこれに対処する。、
【００２２】
【発明の実施の形態】
以降に本発明の動作を、一実施例を説明する。図１は本発明による無線ネットワークの構成で、構成自体は従来例と同様である。
【００２３】
図２は本発明に係る無線ネットワークのフレーム構成の一例を示したものであり、フレームの先頭を示す非競合開始ビーコン、送信権の競合が発生しない非競合通信期間、競合系のアクセス方式により送信権を獲得する競合通信期間から構成される。非競合通信期間はさらに一部を時分割通信期間として設定し、時分割通信期間内を複数の時間窓と呼ばれるスロットに分割する。各時間窓にはそれぞれ位置を示す番地が設定されている。
【００２４】
この時間窓の数、時間間隔はあらかじめ制御局および各通信局において固定値として設定されている、もしくは制御局により値が設定され、ビーコン信号の中に時間窓情報として時間窓数、時間間隔を格納して各通信局に同報することによって通信局において設定することもできる。制御局が非競合通信期間の開始を示すビーコンを送信すると、ネットワークは非競合通信期間へと遷移し、各通信局は前記ビーコンにより、通信メディア使用中であることを示すNAV（Network Allocation Vector）の値を最大に設定し、擬似的に通信メディアが使用中であると判断するため、制御局からの自局宛のポーリング信号を受信しなければデータ送信を行うことができない。
【００２５】
ただし、時間窓使用のための事前の呼接続手順により、時分割通信期間における特定の時間窓の使用許可を得ている通信局に関してはこの限りではない。例えば、図1における通信局２が時間窓番地０から２スロット分の通信許可を得ている場合、時間窓番地０の開始時刻において、通信局２はデータの送信を開始し、時間窓番地１の終了時刻までにデータの送信を終える。
【００２６】
つまり、時分割期間における時間窓の使用許可を得ている通信局は、指定の時間窓の開始を示す時刻になると、使用許可を得ている時間窓分だけ、データの送信を自発的に行うTDMA方式をとる。特定の通信局間で時間窓通信期間において双方向通信を行いたい場合は、それぞれの通信局で呼接続手順を実行し、お互いの送信用の時間窓を獲得することにより、双方向通信が実現される。時間窓通信期間が終了し、非競合通信期間が残存している場合は、この間、制御局から通信局へポーリングを行うことにより各通信局へ送信権を与える。
【００２７】
時間窓通信期間の使用許可を得ていない通信局にとっては、非競合通信時間においてポーリングを受信していないことと同義であるので、従来例における通信装置と何ら差異なく運用することができる。非競合期間終了後は、次の非競合開始ビーコンが現れるまで、CSMA/CAによる競合アクセスを用いてデータの送信権を獲得する。なお、競合期間における送信権獲得試行はCSMA/CAの他に、アロハ方式、BTMA（Busy Tone Multiple Access）などのコンテンション系アクセス方式であってもよい。
【００２８】
図３は、本発明に係る無線ネットワークを構成する無線装置の基本構成の一例を示したものであり、アンテナと、ＲＦ／変復調部と、同期パケット通信のための呼制御を行う呼制御部と、ＩＥＥＥ８０２．１１にもとづくデータリンクの処理を行うデータリンク処理部と、時分割通信期間におけるアクセス制御を行うＴＤＭＡ処理部と、データリンク処理部とＴＤＭＡ処理部との切換制御を行うためのデータリンク切換制御部と、切換制御部により指示された処理部に接続を切換えるスイッチとからなる。
【００２９】
通常、ホスト部で発生したデータは、データリンクレイヤ処理部（１０７）を経由し、ＲＦ／変復調部（１０６）へ受け渡され、物理レイヤのヘッダ付加、パケットの変調が実施され、データリンクレイヤ処理部（１０７）で行われる所定のアクセス試行によりデータの送信権を獲得すると、ＲＦ／変復調部からアンテナを通して送信される。データ受信の際は、アンテナを通して受信されたデータは、ＲＦ／変復調部（１０６）により物理レイヤヘッダが取り除かれ、パケットの復調が実施され、データリンクレイヤ処理部（１０７）に受け渡され、パケットに誤りがないか否かを判断し、誤りがなければＮＡＶの値を抽出し、パケットが自局宛かどうかを判断し、自局宛の場合はパケットの解析をしてホスト部へ受け渡す。
【００３０】
ホスト部において同期パケットが発生した場合、およびＲＦ／変復調部（１０６）により復調されたデータパケットがデータリンクレイヤ処理部（１０７）へ受け渡され、データリンク処理部により正常受信を確認した呼接続要求パケット、時間窓変更指示パケット、呼切断要求パケット、また、それぞれに対する応答として、呼接続応答パケット、呼接続拒否パケット、呼切断要求パケット、呼切断応答パケットを送信する場合には、データリンク処理部（１０７）より呼制御部（１０５）に受信した各パケットが受け渡され（同期データ発生の場合は同期パケットデータ量が呼制御部（１０５）に受け渡され）、呼制御部（１０５）において該当する各パケットを生成し、データリンク処理部（１０７）に受け渡される。
【００３１】
これらのパケットは、データリンク処理部（１０７）においてＩＥＥＥ８０２．１１に基づく通常のアクセス手順を用いてアクセス試行が行われ、送信権を獲得するとＲＦ／変復調部を経由してパケットの送信が行われる。
【００３２】
なお、ホスト部において同期パケットが発生すると、呼制御部（１０５）に対し送信するパケットの情報量が通知される。呼制御部（１０５）では、ＲＦ／変復調部（１０６）においてサポートしている伝送速度の中から発生した同期パケット送信に適切な伝送速度を選択し、伝送速度とパケット情報量から使用すべき時間窓数を計算する。非競合期間では、事前の呼接続手続き無しに自発的にパケットを送信することはできないため、この間、他の通信局、あるいは制御局からのパケットを受信しており、キャリアの有無によって自局の受信可能範囲において特定の時間窓が使われているか否かを判断できるため、この結果に基づいて呼制御部（１０５）は時分割通信期間内にパケット送信が終了するように時間窓先頭番地を選択する。
【００３３】
これらのから時間窓先頭番地、時間窓数が定められ、呼接続要求パケットが生成される。例えば、ビーコン信号が毎秒1回発生し、そのうち０．５秒を時分割通信期間とし、時間窓を１０個設け、２４Ｍｂｐｓの能力で通信が可能な図１のような無線ネットワークがあるとする。このネットワークに参加している通信局２が、毎秒５Ｍｂｉｔの割合で送信するパケットを発生した場合、５つの時間窓が必要になる。通信局２は、時間窓２においてキャリアを検出した場合、呼接続要求パケットの時間窓先頭番地に「３」を、時間窓数に「５」を入れたものを生成する。
【００３４】
時分割通信期間を使用するための呼接続手順を完了した通信端末は、非競合期間開始ビーコンの受信指示信号、呼接続手順によって定められた時間窓の開始時刻、および使用期間が呼制御部（１０５）からデータリンク切換制御部（１１１）に指示される。データリンク切換制御部（１１１）は、非競合期間開始ビーコンを受信したことを呼制御部から指示されると、計時を開始し、自局が使用する時間窓の間、スイッチ（１１２）をデータリンクレイヤ処理部（１０７）側からＴＤＭＡ処理部（１１０）側へと切換え、この間のデータの送信処理、および受信処理はＴＤＭＡ処理部（１１０）を用いて行う。
【００３５】
自局が使用する時間窓が終了したら、スイッチ（１１２）を再びデータリンクレイヤ処理部（１０７）側に切換えて、データリンクレイヤ処理部（１０７）を用いてデータの送受信処理を行う。
【００３６】
図４は本発明に係る無線ネットワークを構成する通信局装置のうち、指向性アンテナ制御を用いる通信局装置の構成例であり、図３に示す無線装置にアンテナの指向性を制御するために指向性アンテナ制御部（１０１）、無線送信レベル制御部（１０２）、無線受信レベル測定部（１０３）、無線受信誤り率測定部（１０４）を付加したものである。通常のデータパケット、同期データパケット、呼接続手順のための呼接続要求パケット、呼接続応答パケット、呼接続拒否パケット、時間窓変更指示パケット（受信のみ）、呼切断要求パケット、呼切断応答パケットの送受信処理は図１１に示す無線装置と同様である。
【００３７】
本装置では呼接続された通信局同士を他の通信局から空間的に分離するために、呼接続手順を完了し、指定された時間窓内で送受信されるテストパケット(呼制御部において生成)を利用してアンテナの指向性制御、送信電力制御を行う。テストパケット送信時に呼制御部（１０５）から無線送信レベル制御部（１０２）に対し、指定の電力レベルで送信する指示信号が出され、無線送信レベル制御部（１０２）において電力レベル制御を行い、また、呼制御部（１０５）から指向性アンテナ制御部（１０１）に対し、指定のアンテナ指向性パターンを指示する指示信号が出され、指向性アンテナ制御部（１０１）においてアンテナ制御を行う。テストパケットは呼制御部（１０５）で生成され、ＴＤＭＡ処理部を介し、指定の時間窓においてＲＦ／変復調部を経由してアンテナから放射される。
【００３８】
アンテナから放射されたテストパケットは、ＲＦ／変復調部において受信されると、無線受信レベル測定部（１０３）によって受信電力レベルの測定がされると共にＴＤＭＡ処理部（１１０）に受け渡され、受信パケットに対する誤り率測定を無線誤り率測定部（１０４）において行う。各測定値は呼制御部（１０５）に受け渡され、TDMA処理部から呼制御部に受け渡される情報（呼制御フレームヘッダ部、呼番号）と共に、テスト応答パケットの生成に用いられる。
【００３９】
呼制御部（１０４）において生成されたテスト応答パケットはデータリンク処理部（１０７）に受け渡され、所定のアクセス試行を用いて時分割通信期間外（スイッチがデータリンクレイヤ処理部に接続されている期間）においてＲＦ／変復調部（１０６）を経由して送信される。
【００４０】
テスト応答パケットを受信すると、データリンク処理部（１０７）より、呼制御部（１０５）にパケット情報が受け渡され、通信相手局の受信レベル、誤り率の値が記録され、指向性アンテナ制御部（１０１）、無線送信レベル制御部（１０６）が最適な送信電力レベル、アンテナ指向性パターンを選択して対応する時間窓において制御する。
【００４１】
時間窓における受信パケットの誤り率が増大するなど、通信路の状況が悪化した場合には、着呼側通信局からの再テスト要求パケットが呼制御部（１０４）において生成され、データリンクレイヤ処理部（１０７）に受け渡され、所定のアクセス試行を用いて時分割通信期間外（スイッチがデータリンクレイヤ処理部に接続されている期間）においてＲＦ／変復調部（１０６）を経由して送信される。
【００４２】
再テスト結果によって、時間窓変更要求パケット、もしくは移動検知通知パケットが発呼側通信局の呼制御部（１０４）において作成され、データリンクレイヤ処理部（１０７）に受け渡され、所定のアクセス試行を用いて時分割通信期間外（スイッチがデータリンクレイヤ処理部に接続されている期間）においてＲＦ／変復調部（１０６）を経由して送信される。
通信局双方向でのアンテナ指向性・送信電力制御を行う場合は所定の時間窓においてテストパケット、テスト応答パケットの送受信を行う。このため、テスト応答パケットはＴＤＭＡ処理部（１１０）において処理され、テスト応答パケットの受信電力レベル、受信誤り率を呼制御部において次のテストパケットに格納し、送信することで、双方向の最適値を選択できる。
【００４３】
図５は、図４に示した通信局装置構成例において指向性アンテナ制御部（１０１）を指向性アンテナ／無指向性アンテナ切換制御部（１１４）およびアンテナスイッチ（１１３）に置き換えたものである。各ブロックおよびブロック間の制御の制御は図２における動作と同様であるが、非競合期間開始ビーコン受信指示信号、呼接続手順によって定められた時間窓の開始時刻、および使用期間が呼制御部（１０５）から指向性アンテナ／無指向性アンテナ切換制御部（１１４）に指示される。
【００４４】
指向性アンテナ／無指向性アンテナ切換制御部（１１４）は、非競合期間開始ビーコンを受信したことを呼制御部（１０５）から指示されると、計時を開始し、自局が使用する時間窓の間、アンテナスイッチ（１１３）を無指向性アンテナ側から指向性アンテナ側へと切換え、この間の無線信号の送受信は指向性アンテナを用いて行う。
【００４５】
自局が使用する時間窓が終了したら、アンテナスイッチ（１１３）を無指向性アンテナ側に切換えて、無指向性アンテナを用いて無線信号の送受信を行う。したがって、アンテナスイッチの切換えはデータリンク切換処理部のスイッチ切換えと同期して行われる。
【００４６】
図６は、本発明に係る無線ネットワークを構成する制御局装置の構成例を示したものである。基本構成は通信局装置と同様であるが、制御局では時間窓の管理を行う時間窓制御部（１０８）、呼テーブル（１０９）を所有する。制御局は自局が関与するか否かにかかわらず、無線ネットワーク内の呼接続の制御を行うためのパケット群は全て受信する。
【００４７】
制御局において受信された呼接続制御パケット群はデータリンクレイヤ処理部（１０７）において受信処理され、呼接続制御に関する情報を時間窓制御部（１０８）に受け渡す。時間窓制御部では、前記情報より使用する時間窓、発呼側通信局アドレス、着呼側通信局アドレス、呼番号、時間窓変更要求の有り無し、移動検知通知の有り無しを抽出し、呼テーブル（１０９）へと格納し、時間窓の管理を行う。
【００４８】
時間窓制御部（１０８）では、さらに、呼テーブル（１０９）を参照しながら呼接続手順を監視することにより不当な呼接続が行われているか否かを判断し、不当な呼接続が行われている場合、呼制御部（１０５）に対し時間窓変更指示パケット生成指示信号を送り、呼制御部（１０５）において時間窓変更指示パケットを生成し、データリンク処理部（１０７）に受け渡される。
【００４９】
このパケットは、データリンク処理部（１０７）においてＩＥＥＥ８０２．１１に基づく通常のアクセス手順を用いてアクセス試行が行われ、送信権を獲得するとＲＦ／変復調部（１０６）を経由してパケットの送信が行われる。なお、時間窓変更指示パケットは、発呼側通信局からの時間窓変更要求を受信した場合にも、時間窓制御部（１０８）を経由して呼制御部（１０５）に時間窓変更指示パケット生成指示信号が送られて生成される。
【００５０】
図１１に示す時間窓変更要求パケット２１０が受信された場合にはこの呼テーブル１０９を利用して、どの呼を切断すべきかを決定し、適切な処理を行う。処理方法に付いては後述する。図７は本発明の無線ネットワークのタイムテーブルである。制御局は定周期毎にビーコンを送信し、ビーコンに含まれる非競合通信パラメタ（ＣＦＰａｒａｍｅｔｅｒＳｅｔ）で指示されるビーコンの回数（ＣＦＰＰｅｒｉｏｄ）毎に非競合通信状態に入り、非競合通信最大時間（ＣＦＰＭａｘＤｕｒａｔｉｏｎ）の間（但し非競合通信を行う通信局の数によってはそれ以前に終了する場合もあるが）非競合通信状態となり、制御局のポーリングによる非競合通信が行われる。
【００５１】
これらはＩＥＥＥ８０２．１１の手順と同じである。本発明においては非競合通信状態開始時刻から時間窓は定間隔に設定され最大非競合通信最大時間まで仮想的に設定されている。この時間窓の時間間隔はあらかじめ制御局及び各通信局に設定されているものである。
【００５２】
制御局は通信局が制御局に対して加入登録手順を実施した後、図８、図９で示される呼接続手順を実施する。尚各パケットの構造は図１０に示してある。これらのパケットはＩＥＥＥ８０２．１１のＩＥＥＥ８０２．１１ヘッダ３０１及び、そのパケットが呼制御手順のものであることを示したり、どのタイプの呼制御フレームであるかを示すために呼制御フレームヘッダ部３０２が付与される。以下のパケット構成は各種類のパケットに固有の領域である。
【００５３】
またＩＥＥＥ８０２．１１ヘッダにはパケットの送信元アドレス、着信先アドレスなどは既に含まれており、これらのパラメタが必要な場合はＩＥＥＥ８０２．１１ヘッダ３０１より修復することができる。
【００５４】
例えば通信局２が通信局３に同期通信を行いたいとする。通信局２は通信局３に対して競合通信期間において呼接続要求パケット２０１を送信する。この際の呼接続要求パケットには同期通信の相手先通信局３のアドレス、その呼のＩＤである呼番号３０３、占有したい時間窓の先頭番地３０４、占有したい時間窓数数３０５、電力制御テストパケット試行回数３０６、指向性アンテナテストパケット試行回数３０７をパラメタとして送信する。
【００５５】
通信局３は、もし占有したい時間窓の先頭番地３０４及び占有したい時間窓数３０５を受け入れることができるのなら、呼接続応答パケット２０２に通信の相手先通信局２のアドレス、呼接続要求と同じ呼番号３０８、電力制御テストパケット試行回数３０９と指向性アンテナテストパケット試行回数３１０をいれて応答する。
【００５６】
電力制御テストパケット試行回数３０９及び指向性アンテナテスト試行回数３１０には、それぞれ電力制御テストパケット試行回数３０６及び指向性アンテナ試行回数３０７より以上の値を入れて返す。この値は各通信局の無線送信レベル制御手段及び指向性アンテナの適切な制御を行うために必要な試行回数である。
【００５７】
もし占有したい時間窓の先頭番地３０３及び占有したい時間窓数３０４を受け入れることができないなら、呼接続拒否パケット２０３を送信し、この中には呼番号３１１、現在使用中の時間窓先頭番地３１２と占有している時間窓数３１３を付加して応答する。通信局２はこれを利用して必要なら再度別の時間窓を使用した呼接続要求パケット２０１の送信を行うことができる。
【００５８】
一方制御局１は通信局２からの呼接続要求パケット２０１及び呼接続応答パケット２０２を監視しており、呼の二つが受信されたなら図７に示す呼テーブルに通信局２のアドレス、通信局３のアドレス、時間窓の先頭番地、時間窓数を保持しておく。但し規定外の通信窓を使用しているなど管理上不適切な呼が張られた場合には、時間窓変更指示パケット２０４を通信局２に対して送信する。時間窓変更指示パケット２０４には発呼側アドレス３１４、着呼側アドレス３１５、変更させたい時間窓の先頭番地３１６、変更させたい時間窓数３１７を含ませる。
【００５９】
もし十分なリソースがないなどの理由で発呼を拒絶したい場合は、変更させたい時間窓数３１７を０として送信する。これを受信した通信局２はいったん呼切断要求パケット２０５を、呼番号３１８を付与して発行し、これに通信局３が呼切断応答パケット２０６の呼番号３１９を上記と同様のパラメタで返答して呼を切断して、新たに呼を張りなおす。
【００６０】
呼接続応答を受信した通信局２は通信局３に対して、制御局１からの時間窓変更指示パケットを受信するまでは呼が承認されているものと見なしてテストパケット２０７をまず指向性アンテナ試行回数３１０分送信し、次に電力制御テストパケット試行回数３０９分送信する。テストデータ３２３は必要に応じて、通信局３はそれぞれに対するテスト応答パケット２０８を送信するが、この間のテストパケット及びテスト応答パケットには、請求項で言うところの受信状態情報部である、自身が前回のテストパケットもしくはテスト応答パケットを受信した時の受信レベル３２１と誤り率３２２及び呼番号３２０を付与して送信する。
【００６１】
受信した側は、指向性アンテナ試行回数での送受信時には、最も受信レベルの良く、誤り率も低い方向へアンテナの指向性を制御した時の制御情報を探し出すように指向性アンテナ制御を行い、電力制御テストパケット試行回数内のテストパケット受信時にはこの受信状態情報部を調べながら、閾値を越えない程度まで徐々に送信レベルを低くして送信する。
【００６２】
これらの試行回数のうちに指向性アンテナの制御情報と無線送信レベルの制御情報とを確認して、時間窓での送受信時にこの制御の基に送受信を行う。尚このテストパケットの送受信時には場合によっては制御局１や他の通信局からは傍受できない（もしくは干渉を受けない）場合がある。
【００６３】
一方例えば通信局２の無線は聞こえるが通信局３の無線は聞くことができないという場合があり、この場合テストパケット内の誤り率や受信レベルは、これらの干渉を受けた結果なのかどうか確認できない場合もある。このような場合有効なのは例えばＩＥＥＥ８０２．１１のＲＴＳ（ＲｅｑｕｅｓｔＴｏＳｅｎｄ）とＣＴＳ（ＣｌｅａｒＴｏＳｅｎｄ）による通信初期化手順である。これにより両通信局は、他の通信局からの干渉を受けることなく正しいテスト送受信が可能であり、正しい制御情報を得ることが可能である。
【００６４】
時間窓を使用した通信の品質が悪化した場合（常に無線受信レベル判定部、もしくは無線誤り率測定部によって時間窓の送受信の状態は制御部によって検査されている）、考えられるのは、呼接続完了した両通信局のどちらかが移動した場合か、他の呼接続が完了してしまって同じ時間窓での送受信をはじめたため、送受信が不可能になったかのどちらかである。
【００６５】
そこで本発明では、まず通信局が移動した前者の場合のことを考え、テストパケットによる再テストを行い、それでも同じ制御情報が得られるならば、後者の場合と見なして時間窓変更要求パケット２１０を送信する手順をとっている。
【００６６】
発呼側通信局と着呼側通信局のどちらかが一方のみが閾値を超えて受信不可能になった場合を考えている。再テストは発呼者側のテストパケットの送信もしくは、着呼者側の再テスト要求パケットによって開始される。
【００６７】
図９では再テスト要求を着呼者側が送信する場合を図示している。この要求で開始される再テストは、呼接続手順で示されたパラメタ、指向性アンテナ試行回数と電力制御テストパケット試行回数、再度行われることになる。これにより、発呼側通信局によって通信局の通信制御情報が変化しなかった場合時間窓変更要求パケット２１０を発呼側アドレス３２５、着呼側アドレス３２６、呼番号３２７を付与して送信する。
【００６８】
一方受信状態が変わった場合は移動検知通知パケット２１１を発呼側アドレス３２８、着呼側アドレス３２９、呼番号３３０を付与して送信する。
【００６９】
時間窓変更要求パケット・移動検知通知パケットを受信した制御局１の動作は少し複雑である。
【００７０】
まず、呼テーブル１０９を検索して同じ時間窓を使用して送受信する呼のグループを、時間窓毎にピックアップして１ＣＦＰＰｅｒｉｏｄの間は待ってその間に、時間窓変更通知パケット２１０を受信したが、移動検知通知パケットを受信しなかったならその時間窓変更要求パケットを受理して同じ時間窓に入っている発着呼アドレスが入っていない時間窓を検索して、その時間窓を指定した時間窓変更指示パケット２０４を送信する。
【００７１】
一方時間窓変更通知パケットを受信して１ＣＦＰＰｅｒｉｏｄの間に、同じ時間窓にある呼から移動検知パケットを受信した場合、もう１ＣＦＰＰｅｒｉｏｄの間待って、それでも同じ呼から更に時間窓変更通知パケットを受信した場合、上記と同様同じ時間窓に入っている発着呼アドレスの入っていない時間窓を新たに割り当てる。
【００７２】
図１２に呼テーブルの構造を記述する。呼テーブルは時間窓情報（使用している時間窓の一覧）、発呼側アドレス、着呼側アドレス、呼番号、時間窓変更要求パケットの受信有無、移動検知通知パケットの受信の有無からなっている。
【００７３】
時間窓情報、発呼側アドレス、着呼側アドレスは呼接続手順を傍受することから読み取った情報である。時間窓変更要求パケットの有無及び移動検知通知パケットの有無はそれぞれのパケットを受信したときにＣＦＰＰｅｒｉｏｄ期間中保持される。
【００７４】
厳密にはＣＦＰが始まる最初のビーコン時にリセットされる。時間窓変更要求パケットに対する時間窓変更指示パケットの送信はＣＦＰの始まるビーコンより以前に行われなくてはならない。
【００７５】
4段目の通信局３から通信局５への呼番号９００の時間窓は時間変更要求がたっているが、３段目の通信局２から通信局４への呼番号１００１の呼から移動検知通知パケットを受信しないならば、４段目の呼に対しては別の時間窓に映す必要がある。この場合通信局5は時間窓０、２には正常に受信しているので新たに時間窓3に割り振る必要がある。
【００７６】
本実施例では、呼接続の際に同期パケット送信局が窓番地と時間窓数を呼接続要求パケットに格納して呼接続を行う手順を例として説明したが、同期パケット送信局が宛先局と送信情報量を制御局に送信し、制御局が使用時間窓を設定する方法もある。
【００７７】
図１３は通信局から通信局３への同期通信のための呼接続要求から時間窓が指定されるまでの手順の一例を、図１４はパケット構造の一例を示している。通信局２は送信する同期パケットの宛先、情報量、伝送速度を呼接続要求パケット（２１２）に格納し制御局に向けて送信する。
【００７８】
制御局１は、受信した呼接続要求パケット（２１２）の情報から使用すべき時間窓数を計算し、所有している呼テーブル（１０９）から適切な時間窓を検索し、その結果を時間窓変更指示パケット（２０４）を用いて通信局３に対して時間窓指定を行う（制御局からの時間窓変更指示パケットは通信局２も受信することができる）。時間窓変更指示パケット（２０４）を受信した通信局３は、その時間窓による受信が不可能であれば呼接続拒否パケット（２０３）を、可能であれば呼接続応答パケット（２０２）を送信し、通信局２が呼接続応答パケットを受信すると呼接続が完了し、指定された時間窓の使用が可能となる。以後のテストパケットの送受信は前記のとおりである。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、非競合区間による通信をポーリングというジッタの大きな方式をとらず、時間窓と呼ぶ、呼接続手順にしたがって生成された呼が使用する、仮想的な時分割送受信を規定し、定期的に訪れる非競合通信期間の始まりから一定時間後に必ず送信できる期間を設けることで、比較的ジッタの少ない定期的な送受信を可能としている。
【００８０】
また、呼接続手順においては、送信者・受信者の関係を明確化し、少なくともこの両者の間では送受信可能だができるだけ他の通信局への妨害をなくすために、テストパケット・テスト応答パケットで送受信を繰り返し、自局が持つ制御手段、すなわち前記発明の実施の形態においては、アダプティブアレィアンテナや無線送信レベルの低出力化を試み、両者間のみに限定した通信として最適な制御を実現している。
【００８１】
このことが同じ時間帯（時間窓）での複数並行送受信を行える可能性を、でき得る限り可能にしている。また、無線通信の特質である通信端末の移動を考慮して、不安定になった時間窓での送受信は再テストを行い、さらに変化がないと判定された場合には、時間窓を変更する要求を出し、制御局による調停にしたがって、別の時間窓を自動的に割り振っていく方法で動的な環境の変化にも対応できるように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線ネットワークの構成図
【図２】本発明に関するネットワークのフレーム構成を示した図
【図３】本発明の無線装置の構成図
【図４】指向性アンテナ制御を用いた無線装置の構成図
【図５】指向性／無指向性アンテナ切り替え制御による無線装置の構成図
【図６】指向性アンテナ制御を用いた無線装置の構成図
【図７】無線ネットワークにおけるタイムテーブルを示した図
【図８】呼接続手順を示した図
【図９】呼接続手順を示した図
【図１０】パケット構造を示した図
【図１１】パケット構造を示した図
【図１２】呼テーブルの構造を示した図
【図１３】同期通信のための呼接続要求から時間窓が指定されるまでの手順の一例を示した図
【図１４】パケット構造の一例を示した図
【符号の説明】
１０１指向性制御部
１０２無線送信レベル制御部
１０３無線受信レベル測定部
１０４無線受信誤り率測定部
１０５呼制御部
１０６Ｒ／Ｆ変復調部
１０７データリンクレイヤ処理部
１０８時間窓制御部
１０９呼テーブル-
１１０ＴＤＭＡ処理部
１１１データリンク切換制御部
１１２スイッチ
１１３アンテナスイッチ
１１４指向性アンテナ／無指向性アンテナ切り替え制御部
２０１〜２１１呼制御コマンド
３０１〜３３０呼制御コマンド構成要素[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wireless data exchange network used for digital information transmission.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is an access method adopted in IEEE 802.11 as one of data communication systems using wireless communication technology. The text of this standard is available from IEEE. Here, the outline of the wireless network will be described with reference to FIG. According to this method, first, when the control station 1 (access point) in FIG. 1 becomes active, transmission of a control signal having a fixed period called a beacon transmitted only by the control station is started and the channel is activated. . The communication stations 2, 3, 4, 5, and 6 are stations that transmit and receive data using packets under the control of the control station. The communication station receives the beacon, confirms that the reception channel is active, and uses the channel to perform a subscription registration procedure for confirming that the control station belongs to the control. As a result, the communication station can participate in packet transmission communication in the channel.
[0003]
Assuming asynchronous data (ordinary computer data, etc.), which generally have no strict requirements for arrival delay and jitter, and synchronous data (video transmission, etc.), which are strict with delay and jitter, for example, stations 2, 3, 4 and 5 handle both data communications, and the station 6 handles only asynchronous data.
[0004]
Normal competitive communication will be described. The communication station trying to perform competing communication observes (senses) the carrier of the channel for a predetermined period (DIFS), and immediately transmits a packet when the carrier does not exist (that is, when the transmission path is vacant). (Carrier sense multiple access: CSMA).
[0005]
If there is a carrier (the transmission path is busy), transmission is performed after waiting for a DIFS time and further waiting for an additional random time in order to avoid contention with other transmission waiting stations. Although this method cannot guarantee transmission collision avoidance, it reduces the possibility (Coregion Avoidance: CA). In Ethernet for wired communication, a transmitting station can detect a collision (collision detection: CD). However, in the case of wireless communication, it is impossible because a received signal is erased by transmission output.
[0006]
For this reason, since the transmitting station cannot detect a collision in the transmission path, the receiving station returns a response (acknowledge) to the arrival of the packet as soon as it receives the packet from the transmitting station. As a result, the transmitting station confirms the arrival of the transmission packet at the destination station, and if no acknowledgment is returned, it assumes that a collision (or transmission error) has occurred and performs retransmission.
[0007]
The above is an explanation of CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance), which is an access method used in competing communications. This is a method in which variation (jitter) occurs, and the arrival time of the packet to the partner communication station cannot be specified accurately.
[0008]
Next, non-competing communication defined as an option in IEEE 802.11 will be described. Non-competing communication is performed during a specific time period (non-competing communication period) defined by the transmission timing of the beacon from the control station. The communication station stops the competing communication and the control station polls the communication station. This is a communication method in which the transmission right of the communication station is determined. For this reason, transmission collisions between communication stations do not occur during this period.
[0009]
Therefore, it is suitable for AV communication (especially broadcasting etc.) that requires communication that is periodically transmitted, that is, is sensitive to jitter. In the subscription registration procedure, the communication station declares to the control station whether or not to perform non-competing communication.
[0010]
From this information, the control station creates a list of polling communication stations (polling list), and sequentially polls the communication stations on the polling list during the non-competing communication period. When the communication station 2 performs synchronous communication with the communication station 3, a synchronous communication data packet addressed to the communication station 3 is transmitted at the time of polling from the control station 1.
[0011]
This packet is held by the control station, and the data packet is added to the communication station 3 when the communication station 3 is polled. In this way, non-competing communication organizations do not compete by performing communication under the control of the control station.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Communication by polling of the control station during the non-competing communication period requires that the control station relay and transmit even if the destination communication station can directly receive the transmission data, which is half that of direct communication between communication stations. However, there is a problem that transmission efficiency is reduced.
[0013]
The communication by polling of the control station during the non-competing communication period is the amount of data transmitted by polling to other communication stations before the communication station is polled and the amount of data transmitted accompanying the polling There is also a problem that jitter occurs depending on the conditions.
[0014]
In addition, in the case of synchronous communication with a large transmission capacity and a long connection time, such as AV communication, the bandwidth is very squeezed. Therefore, when transmission / reception is performed between a plurality of communication stations, the bandwidth tends to be insufficient.
[0015]
However, in the case of general wireless communication, depending on the positional relationship of communication stations or the propagation environment of radio waves such as shielding, simultaneous communication between multiple transmitting and receiving communication stations can be performed at the same timing by performing some control (for example, power control). Sometimes it is possible. However, this is not considered in the non-competing communication method.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the control station newly provides a period not called polling called a time window within the non-competing communication period, and controls to directly communicate between the transmitting and receiving communication stations performing synchronous communication during this period. Therefore, prior to this, the communication station is provided with means for performing a call connection procedure after a subscription registration procedure for being under the control of the channel of the control station, and giving the communication station the authority to use the time window.
[0017]
Furthermore, a procedure for sending a test packet to the call connection procedure is added to determine whether or not direct communication to the receiving communication station is possible. When possible, direct reception is performed without passing through the control station within the time window. By causing the communication to be performed to the communication station, it is possible to eliminate a reduction in transmission efficiency by half compared to the direct communication that has been a conventional problem.
[0018]
Further, in order to enable the use of the same time window for a plurality of calls, each communication station obtains radio reception status information obtained from radio reception level judgment means and radio error rate measurement means, radio transmission level control means, and The test packet and its test response packet are provided with a reception state information section for each communication station to notify the wireless reception level determination means, error rate, etc. in the previous reception, and the test packet and its test response performed prior to communication. When sending and receiving packets, the communication quality between communication stations monitors the wireless reception status of one's or the other party, and lowers the transmission level using wireless transmission level control means so that it does not exceed a certain threshold Adopt a technique to suppress the spread of radio waves to stations other than the two communication stations. This increases the probability that other communication stations using the same time window can perform synchronous communication in the same time window.
[0019]
As another method, by using a directional antenna, even if other communication stations transmit at the same time, if there is a difference in radio wave arrival direction, normal reception can be performed with a very high probability. In this method, the combination with the previous wireless level control means allows reception without increasing the error rate even when the wireless reception level is lower than when no directional antenna is used. Can be increased.
[0020]
On the other hand, another problem also arises by using this method. That is, the control of the radio transmission level determined at the time of transmission with the test packet and the control state of the directional antenna cannot maintain an optimum state when the communication station moves, for example. In order to cope with this case, the present invention adopts a technique for re-transmitting the test packet when communication in the time window is interrupted by an inappropriate control method. As a result, even when moving, it is possible to dynamically detect an abnormality and maintain an appropriate control state.
[0021]
Further, when the control parameters are almost the same as the previous one, it is concluded that the communication station has not moved, and it is impossible to control the communication station in the same time window. Therefore, in the present invention, a time window change request packet for requesting the change of the time window is transmitted to the control station. Since the control station can manage calls communicated in the time window by the call table, the combinations that cannot be simultaneously communicated are excluded from the connection state of the current call group, and each call is separated into another time window. To deal with this. ,
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the operation of the present invention will be described. FIG. 1 shows a configuration of a wireless network according to the present invention, and the configuration itself is the same as the conventional example.
[0023]
FIG. 2 shows an example of a frame structure of a wireless network according to the present invention. A non-contention start beacon indicating the head of a frame, a non-contention communication period in which no contention of transmission rights occurs, and transmission by a competitive access method It consists of a competing communication period to acquire the right. A part of the non-contention communication period is further set as a time division communication period, and the time division communication period is divided into a plurality of slots called time windows. Each time window has an address indicating its position.
[0024]
The number of time windows and the time interval are set in advance as fixed values in the control station and each communication station, or values are set by the control station, and the time window number and time interval are set as time window information in the beacon signal. It can also be set in the communication station by storing and broadcasting to each communication station. When the control station transmits a beacon indicating the start of a non-contention communication period, the network transitions to a non-contention communication period, and each communication station uses the beacon to indicate that a communication medium is being used. Since the value of is set to the maximum and it is determined that the communication medium is being used in a pseudo manner, data transmission cannot be performed unless a polling signal addressed to the own station is received from the control station.
[0025]
However, this does not apply to communication stations that have obtained permission to use a specific time window in a time division communication period by a prior call connection procedure for using the time window. For example, when the communication station 2 in FIG. 1 has obtained the communication permission for two slots from the time window address 0, the communication station 2 starts transmitting data at the start time of the time window address 0, and the time window address 1 The data transmission is finished by the end time of.
[0026]
In other words, a communication station that has permission to use a time window in a time-sharing period will voluntarily transmit data for the time window for which use is permitted, at the time indicating the start of the specified time window. Take the TDMA method. If you want to perform two-way communication between specific communication stations in the time window communication period, two-way communication is realized by executing the call connection procedure at each communication station and acquiring each other's transmission time window Is done. When the time window communication period ends and the non-competing communication period remains, during this time, the transmission right is given to each communication station by polling the communication station from the control station.
[0027]
For a communication station that has not obtained permission to use the time window communication period, it is synonymous with not receiving polling in the non-competing communication time, and therefore can be operated without any difference from the communication apparatus in the conventional example. After the non-contention period ends, data transmission rights are acquired using contention access by CSMA / CA until the next non-contention start beacon appears. Note that the transmission right acquisition attempt in the contention period may be a contention access method such as an Aloha method or BTMA (Busy Tone Multiple Access) in addition to CSMA / CA.
[0028]
FIG. 3 shows an example of a basic configuration of a radio apparatus constituting a radio network according to the present invention, and includes an antenna, an RF / modulation / demodulation unit, a call control unit that performs call control for synchronous packet communication, A data link processing unit that performs data link processing based on IEEE 802.11, a TDMA processing unit that performs access control in a time-division communication period, and a data link that performs switching control between the data link processing unit and the TDMA processing unit The switching control unit and a switch for switching the connection to the processing unit designated by the switching control unit.
[0029]
Normally, the data generated in the host unit is transferred to the RF / modulation / demodulation unit (106) via the data link layer processing unit (107), where a physical layer header is added and a packet is modulated. When the right to transmit data is acquired by a predetermined access attempt performed by the processing unit (107), the data is transmitted from the RF / modem through the antenna. At the time of data reception, the physical layer header is removed from the data received through the antenna by the RF / modulation / demodulation unit (106), the packet is demodulated, passed to the data link layer processing unit (107), and the packet is received. If there is no error, the NAV value is extracted, and it is determined whether the packet is addressed to the local station. If it is addressed to the local station, the packet is analyzed and transferred to the host unit. .
[0030]
Call connection in which a synchronous packet is generated in the host unit, and a data packet demodulated by the RF / modulation / demodulation unit (106) is delivered to the data link layer processing unit (107), and normal reception is confirmed by the data link processing unit When a request connection packet, a time window change instruction packet, a call disconnection request packet, or a call connection response packet, a call connection rejection packet, a call disconnection request packet, or a call disconnection response packet is transmitted as a response to the request packet, data link processing Each packet received from the unit (107) is transferred to the call control unit (105) (if synchronous data is generated, the amount of synchronous packet data is transferred to the call control unit (105)), and the call control unit (105) Each corresponding packet is generated and transferred to the data link processing unit (107).
[0031]
These packets are subjected to an access trial using a normal access procedure based on IEEE802.11 in the data link processing unit (107), and when a transmission right is acquired, the packets are transmitted via the RF / modulation / demodulation unit. .
[0032]
When a synchronization packet is generated in the host unit, the information amount of the packet to be transmitted is notified to the call control unit (105). The call control unit (105) selects an appropriate transmission rate for the synchronous packet transmission generated from the transmission rates supported by the RF / modulation / demodulation unit (106), and uses the transmission rate and the amount of packet information. Calculate the number of windows. During the non-contention period, packets cannot be sent voluntarily without prior call connection procedures. During this period, packets from other communication stations or control stations are received, and depending on the presence of carriers, Since it can be determined whether or not a specific time window is used in the receivable range, the call control unit (105) sets the time window head address so that the packet transmission is completed within the time division communication period based on this result. select.
[0033]
From these, the start address of the time window and the number of time windows are determined, and a call connection request packet is generated. For example, suppose that there is a wireless network as shown in FIG. 1 in which a beacon signal is generated once per second, 0.5 second of which is a time division communication period, 10 time windows are provided, and communication is possible with a capability of 24 Mbps. When the communication station 2 participating in this network generates a packet to be transmitted at a rate of 5 Mbit / s, five time windows are required. When the communication station 2 detects a carrier in the time window 2, the communication station 2 generates a call connection request packet in which “3” is added to the start address of the time window and “5” is added to the number of time windows.
[0034]
The communication terminal that has completed the call connection procedure for using the time division communication period has a reception instruction signal for a non-contention period start beacon, a start time of a time window defined by the call connection procedure, and a use period of the call control unit ( 105) instructs the data link switching control unit (111). When the data link switching control unit (111) is instructed by the call control unit that the beacon period start beacon has been received, the data link switching control unit (111) starts timing and switches the switch (112) to the data during the time window used by the local station. Switching from the link layer processing unit (107) side to the TDMA processing unit (110) side, data transmission processing and reception processing during this period are performed using the TDMA processing unit (110).
[0035]
When the time window used by the own station ends, the switch (112) is switched to the data link layer processing unit (107) again, and data transmission / reception processing is performed using the data link layer processing unit (107).
[0036]
FIG. 4 is a configuration example of a communication station apparatus using directional antenna control among the communication station apparatuses constituting the wireless network according to the present invention, and directs the wireless apparatus shown in FIG. 3 to control the antenna directivity. Antenna control unit (101), radio transmission level control unit (102), radio reception level measurement unit (103), and radio reception error rate measurement unit (104). Normal data packet, synchronous data packet, call connection request packet for call connection procedure, call connection response packet, call connection rejection packet, time window change instruction packet (reception only), call disconnection request packet, call disconnection response packet The transmission / reception processing is the same as that of the wireless device shown in FIG.
[0037]
In this device, in order to spatially separate the call-connected communication stations from other communication stations, the call connection procedure is completed and a test packet transmitted / received within a specified time window (generated in the call control unit) Is used for antenna directivity control and transmission power control. When the test packet is transmitted, an instruction signal to be transmitted at a specified power level is issued from the call control unit (105) to the wireless transmission level control unit (102), and the wireless transmission level control unit (102) performs power level control. Also, an instruction signal for instructing a designated antenna directivity pattern is issued from the call control unit (105) to the directional antenna control unit (101), and the directional antenna control unit (101) performs antenna control. The test packet is generated by the call control unit (105), and radiated from the antenna via the TDMA processing unit and the RF / modulation / demodulation unit in a specified time window.
[0038]
When the test packet radiated from the antenna is received by the RF / modulation / demodulation unit, the reception power level is measured by the radio reception level measurement unit (103) and is also passed to the TDMA processing unit (110). An error rate measurement is performed on the wireless error rate measurement unit (104). Each measurement value is transferred to the call control unit (105), and used to generate a test response packet together with information (call control frame header, call number) transferred from the TDMA processing unit to the call control unit.
[0039]
The test response packet generated in the call control unit (104) is transferred to the data link processing unit (107), and using a predetermined access trial, outside the time division communication period (the switch is connected to the data link layer processing unit). During a period of time) via the RF / modulator / demodulator (106).
[0040]
When the test response packet is received, the packet information is transferred from the data link processing unit (107) to the call control unit (105), the reception level and error rate value of the communication partner station are recorded, and the directional antenna control unit is recorded. (101) The wireless transmission level control unit (106) selects an optimal transmission power level and antenna directivity pattern and controls them in the corresponding time window.
[0041]
When the communication path condition deteriorates, such as the error rate of received packets in the time window increases, a retest request packet from the called communication station is generated in the call control unit (104), and data link layer processing is performed. And is transmitted via the RF / modulation / demodulation unit (106) outside the time division communication period (period in which the switch is connected to the data link layer processing unit) using a predetermined access attempt. The
[0042]
Based on the retest result, a time window change request packet or a movement detection notification packet is created in the call control unit (104) of the calling communication station and delivered to the data link layer processing unit (107) for a predetermined access attempt. Is transmitted via the RF / modulator / demodulator (106) outside the time division communication period (period in which the switch is connected to the data link layer processor).
When performing antenna directivity and transmission power control in both directions of the communication station, test packets and test response packets are transmitted and received within a predetermined time window. For this reason, the test response packet is processed in the TDMA processing unit (110), and the reception power level and the reception error rate of the test response packet are stored in the next test packet in the call control unit, and transmitted. A value can be selected.
[0043]
FIG. 5 is obtained by replacing the directional antenna control unit (101) with the directional antenna / omnidirectional antenna switching control unit (114) and the antenna switch (113) in the communication station apparatus configuration example shown in FIG. . The control of each block and the control between the blocks is the same as the operation in FIG. 2, but the non-contention period start beacon reception instruction signal, the start time of the time window determined by the call connection procedure, and the usage period are the 105) instructs the directional antenna / omnidirectional antenna switching control unit (114).
[0044]
When the call control unit (105) instructs the directional antenna / omnidirectional antenna switching control unit (114) to receive the non-contention period start beacon, the time window used by the own station starts. During this period, the antenna switch (113) is switched from the omnidirectional antenna side to the directional antenna side, and radio signals are transmitted and received during this period using the directional antenna.
[0045]
When the time window used by the own station ends, the antenna switch (113) is switched to the omnidirectional antenna side, and radio signals are transmitted and received using the omnidirectional antenna. Therefore, switching of the antenna switch is performed in synchronization with switching of the data link switching processing unit.
[0046]
FIG. 6 shows an example of the configuration of the control station apparatus constituting the radio network according to the present invention. The basic configuration is the same as that of the communication station apparatus, but the control station has a time window control unit (108) for managing time windows and a call table (109). Regardless of whether or not the control station is involved, the control station receives all the packet groups for controlling the call connection in the wireless network.
[0047]
The call connection control packet group received at the control station is received and processed by the data link layer processing unit (107), and information related to call connection control is transferred to the time window control unit (108). The time window control unit extracts the time window to be used from the above information, calling side communication station address, called side communication station address, call number, presence / absence of time window change request, presence / absence of movement detection notification, The table (109) is stored, and the time window is managed.
[0048]
The time window control unit (108) further determines whether or not an illegal call connection is made by monitoring the call connection procedure while referring to the call table (109), and the illegal call connection is made. If so, a time window change instruction packet generation instruction signal is sent to the call control unit (105), a time window change instruction packet is generated in the call control unit (105), and is passed to the data link processing unit (107). .
[0049]
The data link processing unit (107) performs an access attempt using a normal access procedure based on IEEE 802.11, and when a transmission right is acquired, the packet is transmitted via the RF / modulation / demodulation unit (106). Done. The time window change instruction packet is sent to the call control unit (105) via the time window control unit (108) even when the time window change request is received from the calling communication station. A generation instruction signal is sent and generated.
[0050]
When the time window change request packet 210 shown in FIG. 11 is received, the call table 109 is used to determine which call is to be disconnected, and appropriate processing is performed. The processing method will be described later. FIG. 7 is a time table of the wireless network of the present invention. The control station transmits a beacon at regular intervals, enters the non-contention communication state for each beacon count (CFP Period) indicated by the non-contention communication parameter (CF Parameter Set) included in the beacon, and sets the non-contention communication maximum time. During (CFP MaxDuration) (however, depending on the number of communication stations performing non-competing communication, it may end before that), a non-competing communication state is established, and non-competing communication is performed by polling the control station.
[0051]
These are the same as the IEEE 802.11 procedure. In the present invention, the time window from the non-contention communication state start time is set at regular intervals, and is virtually set up to the maximum non-contention communication maximum time. The time interval of this time window is set in advance in the control station and each communication station.
[0052]
After the communication station performs the subscription registration procedure for the control station, the control station performs the call connection procedure shown in FIGS. The structure of each packet is shown in FIG. These packets include an IEEE 802.11 IEEE 802.11 header 301 and a call control frame header section 302 to indicate that the packet is for a call control procedure or to indicate what type of call control frame it is. Is granted. The following packet structure is an area specific to each type of packet.
[0053]
The IEEE 802.11 header already includes a packet source address, a destination address, and the like. If these parameters are necessary, the IEEE 802.11 header 301 can restore them.
[0054]
For example, assume that the communication station 2 wants to perform synchronous communication with the communication station 3. The communication station 2 transmits a call connection request packet 201 to the communication station 3 during the competing communication period. The call connection request packet at this time includes the address of the communication station 3 of the synchronous communication, the call number 303 which is the ID of the call, the start address 304 of the time window to be occupied, the number 305 of time windows to be occupied, the power control test The packet trial count 306 and the directional antenna test packet trial count 307 are transmitted as parameters.
[0055]
If the communication station 3 can accept the start address 304 of the time window to be occupied and the number of time windows 305 to be occupied, the call connection response packet 202 is the same as the address of the communication partner communication station 2 and the call connection request. The call number 308, the power control test packet trial count 309, and the directional antenna test packet trial count 310 are entered to respond.
[0056]
The power control test packet trial count 309 and the directional antenna test trial count 310 are returned with values greater than the power control test packet trial count 306 and the directional antenna trial count 307, respectively. This value is the number of trials necessary to appropriately control the radio transmission level control means and the directional antenna of each communication station.
[0057]
If the start address 303 of the time window that the user wants to occupy and the number of time windows 304 that the user wants to occupy cannot be accepted, a call connection rejection packet 203 is transmitted, including the call number 311 and the time window start address 312 that is currently in use. It responds by adding the number of occupied time windows 313. Using this, the communication station 2 can again transmit the call connection request packet 201 using another time window if necessary.
[0058]
On the other hand, the control station 1 monitors the call connection request packet 201 and the call connection response packet 202 from the communication station 2. If two calls are received, the address of the communication station 2 and the communication station are displayed in the call table shown in FIG. 3 address, the start address of the time window, and the number of time windows are stored. However, when a call that is inappropriate in terms of management is made, such as using an unspecified communication window, a time window change instruction packet 204 is transmitted to the communication station 2. The time window change instruction packet 204 includes the calling side address 314, the called side address 315, the start address 316 of the time window to be changed, and the number of time windows 317 to be changed.
[0059]
If it is desired to reject the call because there are not enough resources, the number of time windows 317 to be changed is set to 0 and transmitted. Upon receiving this, the communication station 2 issues a call disconnection request packet 205 with a call number 318, and the communication station 3 returns the call number 319 of the call disconnection response packet 206 with the same parameters as described above. Disconnect the call and make a new call.
[0060]
The communication station 2 that has received the call connection response considers that the call is approved until the communication station 3 receives the time window change instruction packet from the control station 1, and first determines the test packet 207 as a directional antenna. The trial number is transmitted for 310 minutes, and then the power control test packet trial number is transmitted for 309 minutes. If necessary, the communication station 3 transmits a test response packet 208 to each of the test data 323. The test packet and the test response packet during this period are the reception status information section as claimed in the claims. A reception level 321 when the previous test packet or test response packet is received, an error rate 322, and a call number 320 are added and transmitted.
[0061]
The receiving side performs directional antenna control to find control information when the antenna directivity is controlled in the direction with the best reception level and low error rate when transmitting and receiving with the number of directional antenna trials. When receiving a test packet within the number of trials of the control test packet, the reception state information part is examined, and the transmission level is gradually lowered until the threshold is not exceeded.
[0062]
The control information of the directional antenna and the control information of the radio transmission level are confirmed within the number of trials, and transmission / reception is performed based on this control during transmission / reception in the time window. Note that when transmitting / receiving the test packet, the control station 1 and other communication stations may not be able to intercept (or receive interference) in some cases.
[0063]
On the other hand, for example, there is a case where the radio of the communication station 2 can be heard but the radio of the communication station 3 cannot be heard. In some cases. In such a case, a communication initialization procedure based on, for example, IEEE 802.11 RTS (Request To Send) and CTS (Clear To Send) is effective. Accordingly, both communication stations can perform correct test transmission / reception without receiving interference from other communication stations, and can obtain correct control information.
[0064]
If the quality of communication using the time window deteriorates (the state of transmission / reception of the time window is always checked by the control unit by the radio reception level determination unit or the radio error rate measurement unit), it is possible to call connection Either one of the completed communication stations has moved, or another call connection has been completed and transmission / reception has become impossible because transmission / reception has started in the same time window.
[0065]
Therefore, in the present invention, first, considering the former case in which the communication station has moved, a retest is performed using a test packet. If the same control information is still obtained, the time window change request packet 210 is regarded as the latter case. The procedure to send is taken.
[0066]
A case is considered in which only one of the calling communication station and the called communication station exceeds the threshold and cannot be received. The retest is started by transmitting a test packet on the caller side or a retest request packet on the callee side.
[0067]
FIG. 9 illustrates a case where the called party transmits a retest request. The retest started by this request is performed again for the parameters indicated in the call connection procedure, the number of directional antenna trials and the number of power control test packet trials. Thus, when the communication control information of the communication station is not changed by the calling communication station, the time window change request packet 210 is transmitted with the calling address 325, the called address 326, and the call number 327 being transmitted.
[0068]
On the other hand, when the reception state changes, the movement detection notification packet 211 is transmitted with the calling side address 328, the called side address 329, and the call number 330 added.
[0069]
The operation of the control station 1 that has received the time window change request packet and the movement detection notification packet is a little complicated.
[0070]
First, the call group 109 is searched and a group of calls to be transmitted / received using the same time window is picked up for each time window, and the time window change notification packet 210 is received while waiting for 1 CPP period. If the movement detection notification packet is not received, the time window change request packet is accepted, a time window that does not include the incoming / outgoing call address that is in the same time window is searched, and the time window is changed by specifying the time window. An instruction packet 204 is transmitted.
[0071]
On the other hand, if a movement detection packet is received from a call in the same time window during the 1 CFP period after receiving the time window change notification packet, it waits for another 1 CFP period and still receives another time window change notification packet from the same call. When received, a time window that does not contain the incoming / outgoing call address in the same time window as above is newly assigned.
[0072]
FIG. 12 describes the structure of the call table. The call table consists of time window information (list of time windows in use), calling party address, called party address, call number, reception of time window change request packet, presence / absence of movement detection notification packet. Yes.
[0073]
The time window information, the calling party address, and the called party address are information read from intercepting the call connection procedure. The presence / absence of a time window change request packet and the presence / absence of a movement detection notification packet are held during the CFP period when each packet is received.
[0074]
Strictly speaking, it is reset at the first beacon when CFP starts. The transmission of the time window change instruction packet in response to the time window change request packet must be performed before the beacon starting CFP.
[0075]
The time window of the call number 900 from the communication station 3 to the communication station 5 in the fourth stage is requested to change the time, but the movement detection notification is made from the call of the call number 1001 from the communication station 2 to the communication station 4 in the third stage. If the packet is not received, it is necessary to project it to another time window for the fourth-stage call. In this case, since the communication station 5 is receiving normally in the time windows 0 and 2, it is necessary to newly allocate to the time window 3.
[0076]
In the present embodiment, the procedure is described in which the synchronous packet transmitting station performs the call connection by storing the window address and the number of time windows in the call connection request packet at the time of call connection. There is also a method in which the amount of transmission information is transmitted to the control station, and the control station sets the usage time window.
[0077]
FIG. 13 shows an example of a procedure from a call connection request for synchronous communication from the communication station to the communication station 3 until a time window is designated, and FIG. 14 shows an example of a packet structure. The communication station 2 stores the destination, information amount, and transmission rate of the synchronization packet to be transmitted in the call connection request packet (212) and transmits it to the control station.
[0078]
The control station 1 calculates the number of time windows to be used from the information of the received call connection request packet (212), retrieves an appropriate time window from the owned call table (109), and obtains the result as the time window. A time window is specified for the communication station 3 using the change instruction packet (204) (the time window change instruction packet from the control station can also be received by the communication station 2). The communication station 3 that has received the time window change instruction packet (204) transmits a call connection rejection packet (203) if reception by the time window is impossible, and a call connection response packet (202) if possible. When the communication station 2 receives the call connection response packet, the call connection is completed, and the designated time window can be used. Subsequent transmission / reception of the test packet is as described above.
[0079]
【The invention's effect】
According to the present invention, the communication based on the non-contention interval does not take a large jitter method called polling, but defines a virtual time division transmission / reception used by a call generated according to a call connection procedure, called a time window, Periodic transmission / reception with relatively little jitter is possible by providing a period during which transmission is always possible after a certain time from the beginning of the non-competing communication period that is regularly visited.
[0080]
Also, in the call connection procedure, the relationship between the sender and receiver is clarified, and at least transmission / reception is possible between the two, but transmission / reception is performed with test packets / test response packets to eliminate interference with other communication stations as much as possible. Repeatedly, the control means possessed by the own station, that is, the embodiment of the invention, attempts to reduce the output of the adaptive array antenna and the radio transmission level, and realizes optimal control as communication limited only between the two. .
[0081]
This enables the possibility of performing multiple parallel transmissions and receptions in the same time zone (time window) as much as possible. In addition, considering the movement of the communication terminal, which is a characteristic of wireless communication, transmission / reception in an unstable time window is retested, and if it is determined that there is no change, the time window is changed. It is configured to respond to dynamic environmental changes by issuing a request and automatically allocating another time window according to arbitration by the control station.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a wireless network.
FIG. 2 is a diagram showing a frame configuration of a network according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a radio apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a radio apparatus using directional antenna control.
FIG. 5 is a configuration diagram of a wireless device by directivity / omnidirectional antenna switching control.
FIG. 6 is a configuration diagram of a radio apparatus using directional antenna control.
FIG. 7 shows a time table in a wireless network.
FIG. 8 shows a call connection procedure.
FIG. 9 shows a call connection procedure.
FIG. 10 shows a packet structure.
FIG. 11 shows a packet structure
FIG. 12 shows the structure of a call table
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a procedure from a call connection request for synchronous communication until a time window is specified.
FIG. 14 is a diagram showing an example of a packet structure
[Explanation of symbols]
101 Directivity control unit
102 Wireless transmission level control unit
103 Wireless reception level measurement unit
104 Wireless reception error rate measurement unit
105 Call control unit
106 R / F modulation / demodulation unit
107 Data link layer processing unit
108 Time window controller
109 Call table
110 TDMA processor
111 Data link switching control unit
112 switch
113 Antenna switch
114 Directional antenna / omnidirectional antenna switching control unit
201-211 Call control command
301-330 Call control command components

Claims

As a communication format between a plurality of communication stations controlled under the control of a control station, a communication method in a wireless network system that uses both a competitive communication period and a non-competing communication period,
The control station providing at least one time window within the non-contention communication period;
Establishing a call connection by executing a call connection procedure for one communication station of the plurality of communication stations to communicate with one of the other communication stations within the time window;
When the communication station confirms that the control station has established the call connection, bypassing the control station in the time window and performing packet communication;
A communication method comprising:

In the control station, a time window change instruction packet instructing a first communication station that has established a call connection among the plurality of communication stations to change a first time window in which the call connection exists. A step of sending
In the first communication station, when the first communication station receives the time window change instruction packet, changing the first time window based on the time window change instruction packet;
The communication method according to claim 1, further comprising:

The step of transmitting a time window change instruction packet in the control station,
When receiving a time window change request packet for requesting to change the first time window from the first communication station, refer to the call connection table created by monitoring the call connection procedure, 3. A determination is made as to whether or not a first call connection of the first communication station is established based on the reference result, and the time window change instruction packet is transmitted to the first communication station. The communication method described.

The communication station establishing a call connection comprises:
Transmitting a test packet from the first communication station;
4. The communication method according to claim 1, wherein another communication station that is a communication partner adjusts the communication quality of the call connection based on the content of the test packet.

The communication method according to claim 4, wherein the test packet and the test response packet include reception state information.

The communication method according to claim 5, wherein the reception status information is a radio reception error rate or a radio reception level.

The communication method according to claim 1 , wherein the call connection procedure with the control station requests a call connection by requesting the number of the plurality of time windows and the address of the head time window.

In order to change the requested leading time window or the number of the plurality of time windows when a call connection procedure is not permitted in the call connection request, the control station is configured to change the number of the plurality of communication stations. 8. The communication method according to claim 7, wherein a time window change instruction packet is transmitted in one.

As a communication format between a plurality of communication stations controlled under the control of the control station, in a communication station that communicates using both a competitive communication period and a non-competing communication period,
A transmission unit for transmitting a call connection request packet including the address of the communication partner communication station, the start address of the time window to be occupied, the number of time windows to be occupied, and the number of test packet attempts;
As a response to the call connection request packet, a receiving unit that receives a call connection response packet from the communication partner communication station;
A data link layer processing unit for performing packet communication by bypassing the control station in the time window;
A communication station.